118 José Carlos Sousa Figueira Capítulo 7 Considerações Finais
7.1 - Síntese do Trabalho Realizado 7.2 - Passive House em Portugal 7.3 - Simulação Dinâmica
7.4 - Geometria e Tipologia Construtiva do Modelo 7.5 - Estudos Paramétricos
7.5.1 - Edifício Referência – Sistema de Construção Original 7.5.2 - Estudo Paramétricos para a região de Aveiro
7.5.3 - Outras Regiões – Capitais de Distrito 7.6 - Desenvolvimento de Estudos Futuros
Capítulo 7 – Considerações Finais
José Carlos Sousa Figueira 119
Capítulo 7 - Considerações Finais
7.1 - Síntese do Trabalho Realizado
O estudo desenvolvido pretende contribuir para a implementação do conceito PH em Portugal, através de um estudo detalhado para a região de Aveiro.
Foi também estudado de forma simplificada a aplicabilidade deste conceito a outras zonas do país. Foram escolhidos alguns dos cenários resultantes do estudo de sensibilidade para 4 regiões geográficas representativas do território nacional e posteriormente avaliado o conforto desses cenários e as respectivas necessidades energéticas.
7.2 - Passive House em Portugal
Conclui-se com o presente trabalho que o conceito Passive House é suscetível de ser aplicado aos países do Sul da Europa, nomeadamente a Portugal. No entanto, é fundamental adaptar as técnicas e soluções construtivas a cada região, dado que este conceito nasceu na Alemanha (país com características climáticas bastante distintas). São também necessários cuidados adicionais relativamente ao risco de sobreaquecimento dos espaços durante a estação de arrefecimento. Por outro lado, existe a vantagem de tirar partido da faixa litoral Portuguesa, propícia à realização eficaz de ventilação natural nocturna.
7.3 - Simulação Dinâmica
Os programas de simulação dinâmica de edifícios são extremamente interessantes pela sua capacidade em simular em simultâneo uma série de aspectos: cargas térmicas, elementos de produção de energia térmica e sistemas de ventilação e ar novo. O que permitiu o desenvolvimento das variáveis dos estudos paramétricos e avaliá-las em simultâneo.
7.4 - Geometria e Tipologia Construtiva do Modelo
A presente dissertação teve por base o estudo de um edifício pré-fabricado light steel
frame (LSF). Esta constitui mais uma prova que o conceito Passive House não é
limitado a uma determinada tipologia construtiva específica. A orientação do edifício, apesar de não ter sido alvo de estudo, bem com a disposição e área dos envidraçados, foi
120 José Carlos Sousa Figueira muito importante para o cumprimento dos requisitos PH (nomeadamente para o cumprimento do valor das necessidades de aquecimento).
A significativa quantidade de área envidraçada orientada a Sudoeste, por outro lado, constituiu um elevado problema para os compartimentos de menor volume (quartos individuais do 1º Andar), comprometendo muitas vezes o conforto desses espaços, especialmente na estação de arrefecimento.
Outro aspecto relacionado com o edifício de estudo e não menos importante, é a massa superficial das soluções construtivas. Tornou-se muito complicado controlar e atenuar a amplitude térmica entre o período nocturno e diurno devido ao reduzido valor da massa superficial das soluções construtivas.
7.5 - Estudos Paramétricos
7.5.1 - Edifício Referência – Sistema de Construção Original
Algumas conclusões relativamente à simulação dinâmica do edifício original:
Devido à elevada área envidraçada dos quartos orientados a Sudoeste, é necessário recorrer a técnicas de ventilação e sistemas de protecção solar para reduzir o risco de sobreaquecimento e ainda reduzir as amplitudes térmicas desses espaços.
Depara-se que as estações do ano poderiam ter sido definidas de outra forma. Como ainda existem dias nos meses de Maio e Outubro com temperaturas médias diárias elevadas, a estação de arrefecimento em termos de simulação, poderia ter sido estendida de forma a começar na segunda semana de Maio e a terminar na segunda semana de Outubro. Desta forma não se obteriam temperaturas tão elevadas durante essas semanas naturalmente aceites como pertencentes à estação de aquecimento.
Relativamente ao comportamento das zonas térmicas constituintes do edifício, a suite do R/Chão e os quartos individuais do 1º Andar devido à sua volumetria, orientação e área envidraçada são os compartimentos mais críticos (os valores máximos e mínimos de temperaturas e maiores amplitudes térmicas).
7.5.2 - Estudo Paramétricos para a região de Aveiro
Estação de Aquecimento
Para obter a melhor combinação para o modelo para a região de Aveiro durante a estação de aquecimento, verificou-se que mesmo com o aumento para os níveis máximos de espessura de isolamento estudados é impossível cumprir os requisitos de
Capítulo 7 – Considerações Finais
José Carlos Sousa Figueira 121
necessidades de aquecimento sem recorrer à utilização de um sistema de ventilação com recuperação de calor.
Verificou-se também que ao aumentar a espessura de isolamento das soluções construtivas dos níveis intermédios para os máximos não se verificou um aumento significativo das temperaturas interiores, no caso de não existir um sistema de ventilação com recuperação de calor.
Relativamente ao estudo do conforto térmico dos compartimentos representativos do edifício durante a estação de aquecimento, conclui-se que apresentam percentagens de desconforto elevadíssimas no caso de não existir um sistema de ventilação com recuperação de calor. Conclui-se também que devido à categoria em que o edifício se insere a norma EN15251 [43] é significativamente mais exigente que o limite de conforto inferior (20ºC).
Estação de Arrefecimento
A melhor solução para a região de Aveiro durante a estação de arrefecimento, verificou- se que o sistema automático de protecção solar foi muito eficaz na redução do sobreaquecimento, nomeadamente nos quartos individuais do 1º Andar. Conclui-se também que estes sistemas seriam dispensáveis para alguns dos compartimentos do edifício como a sala e a suite do R/Chão.
Conclui-se também que a ventilação nocturna através da abertura de janelas arrefece em demasia alguns dos compartimentos do edifício (s valor da temperatura interior baixa do limite de conforto estabelecido pela EN15251 [43]), tendo apenas como principal vantagem um valor nulo para as necessidades de arrefecimento.
O modo bypass do sistema de ventilação é considerado a solução mais interessante, devido ao reduzido consumo de energia associado.
Relativamente ao estudo do conforto térmico dos compartimentos representativos do edifício durante a estação de arrefecimento, apresentam níveis de desconforto muito inferiores comparativamente à estação de aquecimento. Conclui-se também que a norma EN 15251 [43] não é tão exigente como o limite superior de conforto definido (26ºC).
122 José Carlos Sousa Figueira
Estudos Complementares
Relativamente ao estudo da influência comportamental dos ocupantes na operacionalidade das protecções solares, conclui-se que se os utilizadores tiverem o cuidado de fechar as persianas exteriores de forma inteligente (evitar ganhos solares excessivos durante a estação de arrefecimento e tirar partido dos ganhos solares na estação de aquecimento), os sistemas automáticos são dispensáveis.
Relativamente à influência do aumento da inércia térmica, conclui-se que é condicionante para este tipo de construção leve com muita área envidraçada um valor considerável de massa superficial das soluções construtiva. Com isto, é possível reduzir significativamente o valor das amplitudes térmicas.
7.5.3 - Outras Regiões – Capitais de Distrito
No estudo da adaptação do conceito Passive House para outras regiões do país concluiu-se:
Para Bragança mesmo com os níveis máximos de espessuras de isolamentos estudados e com utilização de envidraçados de vidro triplo, não foi possível cumprir o valor limite das necessidades de aquecimento por apenas 0.61 (kWh/m2.a). Bastaria aumentar ligeiramente as espessuras de isolamento, melhorar a qualidade dos envidraçados (factor solar g do vidro) ou até reduzir a taxa de renovação de ar. Bragança apresenta níveis de desconforto bastante superiores na estação de aquecimento comparativamente à estação de arrefecimento. O modelo com melhores níveis de conforto para esta região corresponde ao modelo que prevê ventilação nocturna através da abertura de janelas. Para Évora dos seis modelos escolhidos, três cumpriram as necessidades energéticas da norma Passive House, para a combinação de espessuras intermédios e máximos. Évora apresenta níveis de desconforto significativamente superiores na estação de aquecimento comparativamente à estação de arrefecimento. O que apresenta melhores níveis de conforto para esta região corresponde ao modelo com ventilação nocturna através da abertura de janelas.
Para Faro não foi necessário recorrer aos níveis máximos de espessuras de isolamento (Inverno pouco rigoroso), em que seis dos modelos, três cumpriram os requisitos energéticos da norma PH. Faro apresenta níveis de desconforto bastante superiores na estação de arrefecimento comparativamente à estação de aquecimento. O modelo com
Capítulo 7 – Considerações Finais
José Carlos Sousa Figueira 123
melhores níveis de conforto para esta região corresponde ao modelo com ventilação nocturna através da abertura de janelas.
Como se verificou na síntese do Capítulo 6, não se optou sempre pela escolha dos níveis máximos de conforto dado que o primeiro critério passa pelo cumprimento das necessidades energéticas.
7.6 - Desenvolvimento de Estudos Futuros
O contributo do estudo desenvolvido na presente dissertação poderá ser ampliado em futuros trabalhos de investigação na área da eficiência energética e conforto térmico de edifícios do tipo Passive House. Destacam-se algumas das ideias que se consideram importantes a desenvolver:
O estudo da dissertação não contabiliza fenómenos de humidade. Considera-se importante a alteração do algoritmo de cálculo de balanço superficial para um estudo mais aprofundado que tenha em consideração os fenómenos de transferência de vapor de água na avaliação do conforto térmico.
Estudo sobre a utilização de phase change materials PCM’s, a sua influência e optimização em edifícios de inércia leve. Este estudo seria bastante interessante já que se provou que com a utilização de uma camada de reboco pelo interior dos compartimentos as amplitudes térmicas reduziram significativamente.
Na dissertação foram definidos um conjunto de variáveis para a realização dos estudos de sensibilidade. Deveriam ainda ser avaliadas outro tipo de soluções como: a orientação do edifício, taxa de renovação de ar nos espaços, quantidade de área envidraçada orientada a Sul, etc.
Realização de um estudo mais completo e aprofundado sobre a aplicabilidade do conceito Passive House em Portugal, aumentando o número de regiões estudadas e optimizar individualmente o modelo original para cada uma delas.
Avaliar o conforto térmico com base em outros documentos normativos como AHRAE 55 [41], EN 7730 [42] e ISSO/TS 14415 [44].
Realização de mais estudos complementares e particulares como por exemplo: a resposta de determinadas zonas térmicas quando ocupada por um elevado número de pessoas durante um longo período de tempo.
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José Carlos Sousa Figueira 127
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134 José Carlos Sousa Figueira
Anexo A - Propriedades do Modelo Original Retiradas do Programa EnergyPlus Anexo B - Fichas Técnicas
Anexos
José Carlos Sousa Figueira 135
Anexo A - Propriedades do Modelo Original Retiradas do Programa
EnergyPlus
Serão apresentadas algumas das propriedades retiradas directamente dos outputs do programa Energyplus. Fazem parte as propriedades geométricas e energéticas do modelo original (modelo a partir do qual foram realizadas todas as optimizações da dissertação).
Características de simulação
Value
Program Version and Build EnergyPlus- Windows-64 8.1.0.009, YMD=2014.08.08 09:45
RunPeriod ANUAL
Weather File Aveiro_INETI PRT NaturalWorks converts for INETI data (Concelho índex 39) WMO==085360
Latitude [deg] 50.00
Longitude [deg] -8.6
Elevation [m] 50.00
Time Zone 0.00
North Axis Angle [deg] 223.30
Rotation for Appendix G [deg] 0.00
Hours Simulated [hrs] 8760.00
Área do edifício
Area [m2]
Total Building Area 236.61
Net Conditioned Building Area 148.02
136 José Carlos Sousa Figueira Relação área opaca e área envidraçada
Total North (315 to 45 deg) East (45 to 135 deg) South (135 to 225 deg) West (225 to 315 deg) Gross Wall Area
[m2] 198.36 35.68 63.50 35.68 36.50 Above Ground Wall Area [m2] 198.36 35.68 63.50 35.68 36.50 Window Opening Area [m2] 32.50 11.54 0.00 20.96. 0.00 Gross Window- Wall Ratio [%] 16.38 32.33 0.00 58.74 0.00 Above Ground Window Wall Ratio [%] 16.38 32.33 0.00 58.74 0.00
Características de cada zona térmica
Thermal Zone Area [m2] Conditioned (Y/N) Part of Total Floor Area (Y/N) Volume [m3] Gross Wall Area [m2] Window Glass Area [m2] Lighti ng [m2]
Zona Térmica 1 47.78 Yes Yes 134.94 58.41 8.50 2.10
Zona Térmica 2 20.74 Yes Yes 54.52 31.33 3.70 2.10
Zona Térmica 3 2.84 Yes Yes 7.67 0.00 0.00 2.10
Zona Térmica 4 20.90 Yes Yes 71.29 29.65 3.28 2.10
Zona Térmica 5 13.00 Yes Yes 33.81 20.96 5.68 2.10
Zona Térmica 6 13.00 Yes Yes 33.80 20.96 5.68 2.10
Zona Térmica 7 4.60 Yes Yes 11.96 0.00 0.00 2.10
Zona Térmica 8 25.15 Yes Yes 72.49 37.28 5.66 2.10
Zona Térmica 9 88.59 No Yes 402.50 198.35 0.00 0.00
Total 236.6 1 822.96 396.71 32.50 1.32 Conditioned Total 148.0 2 420.47 198.36 32.50 2.10 Unconditioned Total 88.59 402.50 198.35 0.00 0.00 Not Part of Total 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Anexos
José Carlos Sousa Figueira 137
Energia total
Total Energy [GJ]
Energy Per Total Building Area
[MJ/m2]
Energy Per Conditioned Building
Area [MJ/m2]
Total Site Energy 33.68 142.34 227.54
Net Site Energy 33.68 142.34 227.54
Total Source Energy 106.97 452.11 722.72
Net Source Energy 106.97 452.11 722.72
Necessidades energéticas de aquecimento e arrefecimento
Electricity [GJ] District Cooling [GJ] District Heating [GJ]
Heating 0.00 0.00 19.83 Cooling 0.00 4.05 0.00 Interior Lighting 9.80 0.00 0.00 Exterior Lighting 0.00 0.00 0.00 Interior Equipment 0.00 0.00 0.00 Exterior Equipment 0.00 0.00 0.00 Fans 0.00 0.00 0.00 Pums 0.00 0.00 0.00 Heat Rejection 0.00 0.00 0.00 Humidification 0.00 0.00 0.00 Heat Recovery 0.00 0.00 0.00 Water Systems 0.00 0.00 0.00 Refrigeration 0.00 0.00 0.00 Generators 0.00 0.00 0.00
138 José Carlos Sousa Figueira
Anexo B - Fichas Técnicas
De seguida são apresentadas as fichas técnicas do vidro duplo e triplo utilizado, bem como a ficha técnica do sistema de ventilação com recuperação de calor.
Anexos
José Carlos Sousa Figueira 139
140 José Carlos Sousa Figueira Ficha técnica do vidro triplo
Anexos
José Carlos Sousa Figueira 141
142 José Carlos Sousa Figueira Ficha técnica do sistema de ventilação (2)
Anexos
José Carlos Sousa Figueira 143
144 José Carlos Sousa Figueira
Anexo C - Resultados de Todos os Cenários Simulados para a Região
de Aveiro
São apresentados os valores das necessidades energéticas para todos os modelos optimizados para a região de Aveiro. É também apresentada a percentagem de sobreaquecimento global do edifício. Recordando os limites da norma Passive House para necessidades de aquecimento e arrefecimento (15 kWh/m2.a), e o limite de sobreaquecimento para o período de verão deverá ser inferior a 10%.
Modelo Simulação
Energia [kWh/m2.a] Conforto
Necessidades de Aquecimento Necessidades de Arrefecimento Sobreaquecimento (%) Modelo Original + HVAC Comum S_01 33.89 0.56 4.18 S_02 33.89 3.25 12.94 S_03 31.94 0.53 4.30 S_04 31.94 3.15 14.22 S_05 36.26 2.12 7.93 S_06 36.26 6.64 15.23 S_07 33.99 1.95 7.98 S_08 33.99 6.16 15.41 S_09 29.43 0.47 3.72 S_10 29.43 3.45 16.47 S_11 27.44 0.77 5.46 S_12 27.44 3.38 17.24 S_13 31.32 1.75 7.30 S_14 31.32 6.62 17.77 S_15 29.09 1.58 7.33 S_16 29.09 6.16 18.34 S_17 25.15 0.41 3.45 S_18 25.15 3.81 20.16 S_19 22.95 0.38 3.65 S_20 22.95 3.73 21.54 S_21 26.74 1.50 6.73 S_22 26.74 6.81 21.03 S_23 24.49 1.33 6.78 S_24 24.49 6.36 22.21 S_25 15.76 0.00 3.63 S_26 15.76 0.00 6.38 S_27 14.02 0.00 3.59 S_28 14.02 0.00 6.27
Anexos
José Carlos Sousa Figueira 145
Sistema HVAC HR + Ventilação Nocturna S_29 17.73 0.00 6.28 S_30 17.73 0.00 9.34 S_31 15.73 0.00 6.26 S_32 15.73 0.00 9.21 S_33 12.16 0.00 3.53 S_34 12.16 0.00 6.92 S_35 10.49 0.00 3.50 S_36 10.49 0.00 6.85 S_37 13.72 0.00 6.01 S_38 13.72 0.00 9.77 S_39 11.79 0.00 5.99 S_40 11.79 0.00 9.74 S_41 8.91 0.00 3.47 S_42 8.91 0.00 7.37 S_43 7.30 0.00 3.41 S_44 7.30 0.00 7.26 S_45 10.08 0.00 5.79 S_46 10.08 0.00 10.13 S_47 8.28 0.00 5.74 S_48 8.28 0.00 10.02 Sistema HVAC HR + ByPass S_49 15.76 1.11 4.21 S_50 15.76 1.09 13.71 S_51 14.02 1.11 4.31 S_52 14.02 1.09 14.29 S_53 17.73 1.10 7.98 S_54 17.73 1.08 15.31 S_55 15.73 1.10 8.06 S_56 15.73 1.08 15.49 S_57 12.16 1.11 3.75 S_58 12.16 1.08 16.63 S_59 10.49 1.11 3.91 S_60 10.49 1.08 17.50 S_61 13.72 1.10 7.31 S_62 13.72 1.07 17.81 S_63 11.79 1.10 7.35 S_64 11.79 1.07 18.55 S_65 8.91 1.11 3.47 S_66 8.91 1.07 20.52 S_67 7.30 1.10 3.68 S_68 7.30 1.07 22.04 S_69 10.08 1.10 6.80 S_70 10.08 1.07 21.28 S_71 8.28 1.10 6.81
146 José Carlos Sousa Figueira S_72 8.28 1.07 22.56 Sistema HVAC HR + Ventilação Nocturna + ByPass S_73 15.76 1.18 0.26 S_74 15.76 1.15 3.79 S_75 14.02 1.16 0.99 S_76 14.02 1.15 3.60 S_77 17.73 1.21 4.20 S_78 17.73 1.14 8.12 S_79 15.73 1.14 3.96 S_80 15.73 1.13 7.72 S_81 12.16 1.15 0.88 S_82 12.16 1.14 4.20 S_83 10.49 1.15 0.79 S_84 10.49 1.14 3.91 S_85 13.72 1.14 3.51 S_86 13.72 1.12 8.49 S_87 11.79 1.14 3.30 S_88 11.79 1.12 8.10 S_89 8.91 1.15 0.72 S_90 8.91 1.13 4.65 S_91 7.30 1.14 0.59 S_92 7.30 1.14 4.37 S_93 10.08 1.13 3.10 S_94 10.08 1.11 8.85 S_95 8.28 1.14 2.83 S_96 8.28 1.12 8.54